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高速铁路通过能力计算理论与方法的应用探究：多维度分析与实践

一、引言

1.1研究背景与意义

在当今快速发展的时代，交通运输体系对于国家的经济发展、社会交流以及人们的生活出行起着至关重要的支撑作用。而高速铁路，作为现代交通体系的关键组成部分，以其高速、高效、安全、舒适等显著优势，成为了人们中长途出行的首选方式，在国家交通格局中占据着极为重要的地位。

自20世纪60年代日本开通世界上第一条高速铁路——东海道新干线以来，高速铁路在全球范围内得到了迅猛发展。许多国家纷纷加大对高速铁路的建设投入，不断拓展高铁网络，提升运输服务水平。截至2024年，中国高铁运营里程已突破4万公里，“八纵八横”高铁主通道加密成形，建成了世界上规模最大和现代化水平最高的高铁网。高铁已覆盖全国94.9%的50万人口以上城市，从高温多雨的海南到冰天雪地的东北，从河网密布的东部沿海到风沙漫卷的西部戈壁，从岩溶发育的艰险山区到土层深厚的黄土高原，都有高铁飞驰的身影。

高速铁路的快速发展，极大地改变了人们的出行方式和时空观念，缩短了城市之间的时空距离，促进了区域间的经济交流与合作，推动了城市化进程的加速发展。例如，荆荆高铁的开通运营，使荆州、荆门两地行程缩短至30分钟左右，实现了宜荆荆都市圈高铁“画圆”，不仅加强了两地间的联系，还促进了区域内资源的优化配置，为都市圈发展注入新活力；10月1日开通运营的包头至银川高速铁路惠农至银川段，极大便利了沿线各族人民群众出行，推动了沿黄经济带高质量发展，对维护民族团结，助力新时代西部大开发战略实施意义重大。

在高速铁路的规划、建设与运营过程中，通过能力是一个核心的技术指标。高速铁路通过能力是指在一定的车辆设备、固定基础设施和一定的行车组织方法条件下，客流区段在单位时间内所能通过的最大列车数或对数。准确计算高速铁路通过能力，对于高铁的运营管理、建设规划等方面都具有不可忽视的重要意义。

从运营管理角度来看，精确的通过能力计算是制定科学合理列车运行图的基础。列车运行图如同铁路运输的“大脑”，它统筹安排了列车的开行时刻、停站顺序、会让关系等关键要素。只有基于准确的通过能力计算结果，才能在有限的线路资源条件下，确定不同等级、不同速度列车的开行数量和间隔时间，实现列车的高效运行，避免列车之间的相互干扰，提高铁路运输的效率和服务质量。例如，在国庆假期等客流高峰期，通过合理利用通过能力计算结果优化列车运行图，能够增加列车开行对数，满足旅客出行需求，提升铁路运输的经济效益和社会效益。同时，准确掌握通过能力还有助于合理安排车站的作业流程和设备运用，如站台的使用、列车的到发时间等，提高车站的运营效率，减少旅客的候车时间，提升旅客的出行体验。

在建设规划方面，通过能力计算为高速铁路的线路规划、站点布局以及基础设施建设提供了关键的决策依据。在新线路的规划设计阶段，需要根据预测的客流量和通过能力要求，确定线路的技术标准，如轨道类型、信号系统、桥梁隧道的设计等，以确保线路建成后能够满足未来的运输需求。合理的站点布局也与通过能力密切相关，站点间距的设置需要综合考虑通过能力、旅客出行需求、工程投资等多方面因素，既要保证站点能够有效地服务周边地区的旅客，又不能对线路的通过能力造成过大的影响。此外，通过能力计算还能帮助评估既有线路的扩能改造需求，确定改造的重点和方向，提高既有线路的运输能力，充分发挥铁路基础设施的投资效益。

1.2国内外研究现状

高速铁路通过能力计算理论与方法一直是国内外学者和铁路工作者关注的重要研究领域。随着高速铁路在全球范围内的快速发展，对通过能力计算的准确性和科学性提出了更高的要求，各国学者和研究机构围绕这一领域开展了广泛而深入的研究，取得了一系列丰富的成果。

在国外，日本作为世界上最早建设高速铁路的国家，早在20世纪60年代就对新干线的通过能力计算方法进行了研究。其新干线所采用的通过能力计算方法源于既有线的能力利用率法改进而来，即简易山岸公式。由于新干线主要采取公交化运营模式，平均旅客运距较短且方便换乘，简易山岸公式能够满足新干线通过能力计算的要求。德国采用的是平均最小列车间隔时间法，该方法是一种结合排队论、概率论和晚点传播理论的动态通过能力计算方法，所计算出的通过能力具有较强的鲁棒性。计算原理是通过引入晚点传播理论，设置必要的缓冲时间，再根据列车种类、列车组出现概率和列车组平均最小列车间隔时间来计算通过能力。部分学者指出该方法中未考虑列车停站及越行等因素，提出改进算法提高列车间隔时间取值的精确性；还有学者以该方法为基础，在最小列车间隔时间计算上引入扣除系数分析列车速度差、停站及越行所导致的时间扣除，进而提升算法的精度。

国内对高速铁路通过能力计算理论与方法的研究也取得了丰硕成果。我